CN112639363B - 改进的阀位置控制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于校准气阀组件内的控制阀的位置的方法，该控制阀用于控制流向燃烧器具的燃料流。该方法可包括将控制阀移动到第二端部止挡件，将控制阀从第二端部止挡件移动到第一端部止挡件，同时对由驱动控制阀的步进马达行进的步长数进行计数，以及将从第二端部止挡件行进至第一端部止挡件的所计数的步长数与存储在控制器的存储器中的参考值进行比较。如果所计数的步长数与参考值不匹配，则可将气阀组件置于锁定模式。

Description

改进的阀位置控制

技术领域

本公开整体涉及用于校准控制阀位置的系统和方法，并且更具体地涉及在不使用单独位置传感器的情况下校准控制阀位置。

背景技术

在许多情况下，燃烧器具可包括燃烧器，该燃烧器通过调制鼓风机等供给空气并且通过调制气阀供给燃料。控制器可控制调制气阀的位置，以便控制递送到燃烧器的空气/燃料比。为了帮助提供燃烧器的有效、清洁和安全操作，需要将气阀的位置控制在相当严格的限制内。期望的是用于在延长的时间段内保持对气阀的位置的控制的改进的方法和系统。

发明内容

本公开整体涉及用于在延长的时间段内保持对气阀的位置的控制的系统和方法。在一些情况下，这可包括不时校准气阀的位置。气阀可包括具有阀体和控制阀的气阀组件。

用于校准气阀组件的控制阀的位置的示例性方法可包括在控制器中启动校准模式。一旦处于校准模式，控制器可被配置成：将控制阀移动到第二端部止挡件，将控制阀从第二端部止挡件移动到第一端部止挡件同时对驱动控制阀的步进马达所行进的步长数进行计数，以及将所计数的从第二端部止挡件行进到第一端部止挡件的步长数与存储在控制器的存储器中的参考值进行比较。当所计数的步长数与参考值不匹配时，控制器可进入锁定模式并且可将控制阀保持在第一端部止挡件处(例如，完全关闭位置)。当所计数的步长数与参考值匹配时，控制器可将位置计数器重置为初始值(例如，完全关闭值)。控制阀的后续移动可随着每个马达步长来递增位置计数器，并且可基于位置计数器值来识别和控制控制阀的当前位置。

在另一个示例中，用于控制到燃烧器具的燃料流的气阀组件可包括具有入口端口和出口端口的阀体，以及在入口端口和出口端口之间延伸的流体路径。阀体还可包括位于入口端口和出口端口之间的流体路径中的控制阀、联接到控制阀的传动系、联接到传动系的步进马达、以及相对于阀体固定并与步进马达连通的控制器。控制器可被配置成命令步进马达经由传动系在完全打开位置、完全关闭位置和多个中间位置之间驱动控制阀。控制器可被配置成选择性地进入校准模式。一旦处于校准模式，控制器可被配置成：一旦控制阀处于完全打开位置，命令步进马达将控制阀驱动至完全打开位置，命令步进马达将控制阀从完全打开位置驱动至完全关闭位置同时对步进马达行进的步长数进行计数，并且将步进马达行进的所计数的步长数与存储在控制器的存储器中的参考值进行比较。当所计数的步长数与参考值不匹配时，控制器可被配置成进入锁定模式并将控制阀保持在完全关闭位置。当所计数的步长数与参考值匹配时，控制器可将位置计数器重置为初始值(例如，完全关闭值)。控制阀的后续移动可随着每个马达步长来递增位置计数器，并且可基于位置计数器值来识别和控制控制阀的当前位置。

在另一个示例中，用于控制到燃烧器的燃料流的气阀组件可包括具有入口端口和出口端口的阀体，以及在入口端口和出口端口之间延伸的流体路径。阀体还可包括位于入口端口和出口端口之间的流体路径中的控制阀、用于驱动控制阀的步进马达、以及用于控制步进马达的控制器。控制器可被配置成命令步进马达在第一端部止挡件和第二端部止挡件之间驱动控制阀。控制器可被配置成选择性地进入校准模式，并且一旦处于校准模式，控制器可被配置成命令步进马达将控制阀驱动至第二端部止挡件，一旦控制阀位于第二端部止挡件处，命令步进马达将控制阀从第二端部止挡件驱动至第一端部止挡件同时对步进马达行进的步长数进行计数，以及将步进马达行进的所计数的步长数与参考值进行比较。当所计数的步长数与参考值不匹配时，控制器可被配置成进入锁定模式并将控制阀保持在第一端部止挡件处。当所计数的步长数与参考值匹配时，控制器可将位置计数器重置为初始值。控制阀的后续移动可随着每个马达步长来递增位置计数器，并且可基于位置计数器值来识别和控制控制阀的当前位置。

提供前面的发明内容是为了便于理解本公开所特有的一些创新特征，而并非意图作为完整的描述。通过将整个说明书、权利要求书、附图和说明书摘要作为一个整体，能够获得对本公开的全面理解。

附图说明

结合附图考虑以下对各种说明性实施方案的描述，可以更全面地理解本公开，其中：

图1是例示性气阀组件的示意性透视图；

图2是图1的例示性气阀组件的示意性侧视图；

图3是沿图2的线3-3截取的图1的例示性气阀组件的剖视图；

图4是与例示性外部设备连通的例示性阀控制器的示意性框图；

图5A是处于第一构型的控制阀的示意图；

图5B是处于第二构型的控制阀的示意图；

图6是用于校准控制阀的位置的例示性方法的框图；并且

图7是用于校准控制阀的位置的另一个例示性方法的流程图。

虽然本公开服从于各种修改和另选形式，但是其细节已经在附图中以示例的方式示出并将被详细描述。然而，应当理解，其意图不是将本公开的方面限制到所描述的特定例示性实施方案。相反，其意图是覆盖落入本公开的实质和范围内的所有修改、等同物和替代方案。

具体实施方式

下面的描述应该参照附图来阅读，其中贯穿若干视图类似附图标号表示类似元件。具体实施方式和附图示出了几个说明性实施方案，这些实施方案旨在说明要求保护的公开内容。

气阀可用于控制燃料向燃烧器具的燃烧器的供应。在一些情况下，气阀是调制气阀，其可在完全关闭位置、完全打开位置和一个或多个中间位置之间移动。在一些情况下，可使用步进马达在这些位置之间调制气阀。通过经由步进马达控制气阀的位置，气阀可控制供应到燃烧器具的燃烧器的燃料量以适应各种燃烧器负载。另外，经由步进马达控制气阀的位置可用于帮助控制供应给燃烧器的空气与燃料比率。适当的空气与燃料比率可有助于确保燃烧器的有效、清洁和安全操作。因此，通常期望知道具有一定精度的气阀的位置。本公开整体涉及用于在延长的时间段内保持对气阀的位置的控制的系统和方法。在一些情况下，这可包括不时校准气阀的位置。

图1是例示性气阀组件10的示意性透视图，该气阀组件10用于控制流向燃烧器具或其他类似或不同设备的气体流量。在说明性实施方案中，气阀组件10可以包括阀体12，该阀体通常可以是六边形或者可以根据需要采取任何其他形状，并且可以形成为单个主体或者可以是连接在一起的多件。如图所示，阀体12可以是具有第一端12a、第二端12b、顶部12c、底部12d、后部12e和前部12f的六边形，如图1至图2的各种视图所描绘的。术语顶部、底部、后部、前部、左侧和右侧是相对术语，仅用于帮助讨论附图，并不意味着以任何方式进行限制。

例示性阀体12包括入口端口14、出口端口16和在入口端口14和出口端口16之间延伸的流体路径或流体通道18。此外，阀体12可包括：一个或多个气阀端口20(例如，图3所示的第一阀端口20a和第二阀端口20b)，其定位或位于流体通道18中；可在气阀端口20内移动的一个或多个燃料或气控制阀22(例如，如图5A和图5B所示)(其有时被称为阀密封构件)(例如，第一阀端口20a内的第一阀密封构件和第二阀端口20b内的第二阀密封构件，但是未明确示出)；一个或多个压力传感器组件24(例如，如图3所示)；一个或多个位置传感器(未明确示出)和/或一个或多个阀控制器26(例如，如图3所示)，其相对于阀体12附连或联接到阀体12和/或与压力传感器组件24、位置传感器和任何其他合适的设备电连通(例如，通过有线或无线连接)。

例示性阀组件10还可包括一个或多个致动器，用于操作阀组件中的移动部件。例如，阀组件10可具有致动器，包括但不限于一个或多个步进马达94(在图1中显示为从阀体12的底部12d向下延伸)、一个或多个螺线管96(在图1中显示为从阀体12的顶部12c向上延伸)、以及一个或多个伺服阀98(在图1至图2中，伺服阀98显示为从阀体12的顶部12c向上延伸，其中省略了第二伺服阀)，其中伺服阀98可以是三通自动伺服阀或者可以是任何其他类型的伺服阀。根据需要，可利用其他致动器。

在一个例示性实施方案中，一个或多个螺线管96控制一个或多个气阀端口20是打开还是关闭。当对应的控制阀22被对应的螺线管96打开时，一个或多个步进马达94确定气阀端口20的开口尺寸。当然，当例如阀组件10不是“调制”阀时，将不提供一个或多个步进马达94，该“调制”阀允许多于一个的可选流速在阀打开时流过阀。一个或多个致动器和/或马达94、96、98可与一个或多个阀控制器26电连通(例如，通过有线或无线连接)。

如图所示，阀体12可包括一个或多个传感器和电子器件隔室56，在例示性实施方案中，该传感器和电子器件隔室56可从后侧12e延伸，如图1至图2所描绘的。传感器和电子器件隔室56可联接到阀体12或可与阀体12一体地形成，并且可封闭和/或包含阀控制器26、压力传感器组件24和/或如本文所述阀组件10的操作所需的电子器件的至少一部分。尽管隔室56可以示例性地描绘为单独的结构，但是隔室56可以是阀体12的单个结构部分，从阀体12延伸，和/或联接到阀体12。

图3示出了沿图2的线3-3截取的例示性阀组件10的剖视图。在例示性实施方案中，一个或多个流体阀端口20可包括第一气阀端口20a和第二气阀端口20b，该第一气阀端口和第二气阀端口沿流体通道18定位和/或与流体通道18连通。这是双截断阀设计。在每个气阀端口20内，控制阀22可位于流体通道18中，并且可围绕轴线定位(例如，同心地或以其他方式)，能够围绕轴线旋转，能够纵向和轴向地平移，能够旋转地平移和/或能够以其他方式选择性地在对应阀端口20内的第一位置(例如，打开位置或关闭位置)和第二位置(例如，关闭位置或打开位置)之间移动。控制阀22的移动可打开和关闭阀端口20。

可设想的是，控制阀22可包括阀盘、阀杆92和/或用于密封位于流体通道18中的阀座108(参见例如图5A和图5B)和/或有利于密封的其他类似或不相似的部件的阀密封件中的一者或多者。另选地或除此之外，控制阀22可包括闸阀、座上盘阀、球形阀、蝶阀和/或被配置成从关闭位置操作到打开位置并返回到关闭位置的任何其他类型的阀的结构特征和/或部件。控制阀22的打开位置可为允许流体流过控制阀22所位于的相应的气阀端口20的任何位置，并且关闭位置可为控制阀22在相应的阀端口20处形成至少部分密封时的位置(参见例如图5A)。控制阀22可通过任何技术操作。例如，控制阀22可通过利用弹簧、实现抵靠弹簧的移动的致动器、以及在一些情况下感测控制阀22的位置的位置传感器来操作。然而，可设想的是，可能不需要位置传感器来确定控制阀22相对于对应阀座的位置，如本文将进一步描述的。

阀致动器106(参见，例如，图5A和图5B)可以是任何类型的致动器，该致动器被配置成通过在气阀组件10的寿命期间的多个操作循环中的每一个期间将控制阀22从关闭位置致动到打开位置然后返回到关闭位置来操作控制阀22。在一些情况下，根据需要，阀致动器106可以是螺线管致动器(例如，第一阀致动器和第二阀致动器)、液压致动器、磁致动器、电动马达、气动致动器和/或其他类似或不同类型的致动器。阀致动器可被配置成在关闭位置和打开位置之间选择性地移动阀端口20a、20b的控制阀22，该关闭位置关闭阀体12的入口端口14和出口端口16之间的流体通道18。图1至图3的气阀组件是气体安全截止阀或双截断阀的示例。然而，在一些情况下，可设想的是，根据需要，气阀组件10可具有单个控制阀或串联或并联的三个或更多个控制阀。

在一些情况下，阀组件10可包括限定在入口端口14和出口端口16之间的特征端口。特征端口可以是任何端口(例如，流体阀端口20或流体通道18可穿过的其他端口或限制部)，在该端口处或横跨该端口可对流经其中的流体进行分析。例如，如果阀端口20的流动阻力在控制阀的行程范围内是已知的，则一个或多个气阀端口20中的一个可被认为是特征端口。这样，并且在一些情况下，特征端口可以是端口20，该端口具有控制阀，该控制阀被配置成处于打开位置和处于关闭位置。另选地或除此之外，特征端口可不对应于具有控制阀的气阀端口20。相反，特征端口可以是任何收缩部或特征部，该横跨该收缩部或特征部可以测量压降和/或可以确定流量。

在一些情况下，气阀组件10可包括流动模块28(参见，例如，图4)，用于感测流过流体通道18的流体的一个或多个参数，并且在一些情况下确定与通过流体通道18的流体的气体流速相关的量度。在一些情况下，流动模块28可包括压力块或压力传感器组件24、温度传感器、控制阀位置传感器和/或阀控制器26、以及用于感测、监测和/或分析流过流体通道18的流体的参数的其他组件、传感器和系统。另选地或除此之外，流动模块28可以是阀控制器26的一部分，如图4所示。

可设想的是，流动模块28可根据需要利用任何类型的传感器来有利于确定与通过流体通道18的流体的流速相关的量度，诸如压力传感器、流量传感器、阀位置传感器和/或任何其他类型的传感器。在一个示例中，流动模块28在一些情况下可为阀控制器26的一部分，可被配置成监测特征端口两端的压差，并且在一些情况下，监测气阀组件10的一个或多个控制阀的位置。来自监测的信息可由流动模块28用来确定和监测通过流体通道18的流体(液体或气体)的流速。在一些情况下，流动模块28可至少部分地基于与特征端口两端的压降以及存储器30中预存储的关系相关的量度来确定与通过流体通道18的气体流速相关的量度。根据需要，存储器可以是阀控制器26的一部分，或者更具体地讲，是流动模块28的一部分。另外，流动模块28还可至少部分地基于存储在存储器30中的先前建立的关系来确定所需的燃烧器负载(例如，燃烧速率)与和气体流速相关的量度之间的关系。在一些情况下，先前建立的关系可包括空气与燃料比(A/F)相对于燃烧器负载曲线的关系。

本文所述的不同关系可在阀组件10的安装和/或校准期间生成，并且可作为数据表或曲线存储在存储器30中。使用先前建立的流速与燃烧器负载(例如，燃烧速率)之间的关系，以及在阀组件10处从该系统内的另一个设备(例如，建筑控制器、系统级控制器或燃烧器具控制器)接收的燃烧器负载控制信号或命令，流动模块28可被配置成确定通过阀组件10的燃料流的量度以实现期望的A/F比率。因此，流动模块28可被认为是空气/燃料控制器，其可以是阀组件10的一部分。

在一些情况下，流动模块28还可被配置成确定在预定时间段内通过流体通道18的累积燃料流的量度。除此之外或另选地，流动模块28可被配置成实时确定通过流体通道18的瞬时燃料流的量度。累积燃料消耗和/或瞬时燃料消耗可根据燃料流至少部分地基于与流过流体通道18的流体相关联的波数来计算，其也可存储在阀组件10的存储器30中。

可设想的是，电子阀控制器26可物理地固定或联接到阀体12，或者相对于阀体12固定或联接(参见图3)。阀控制器26可被配置成根据需要控制和/或监测阀端口20的控制阀的位置或状态(例如，打开位置和关闭位置)和/或执行其他功能和分析。在一些情况下，阀控制器26可被配置成根据需要响应于来自其他系统或器具(例如，系统级控制器、中央建筑控制器、或燃烧器具控制器)的控制信号或命令，和/或响应于与特征阀端口的上游、中间和/或下游的感测压力相关的接收到的量度、与特征阀端口两端的感测压差相关的量度、与特征阀端口的上游、中间和/或下游的感测温度相关的量度和/或响应于其他量度而根据自己的判断关闭或打开控制阀。在一个示例中，阀控制器26可被配置成响应于从系统或建筑级控制器或器具控制器(例如，燃烧器控制器)接收到燃烧器负载(例如，点火速率)控制信号或命令而关闭或打开控制阀22，以控制气体通过阀组件10并到达连接的器具的流速，从而实现命令燃烧器负载的所需A/F比率。

还可设想的是，控制阀22位置(例如，30％打开、50％打开或75％打开等)可保持在阀控制器26的存储器30中以将期望流速的气体递送到器具。阀控制器26内的存储位置需要匹配控制阀22的实际机械位置，以帮助实现有效、清洁和安全的操作。为了使预期位置(例如，软件位置)与实际机械位置匹配，存储器30可存储被配置成将步进马达计数器值与控制阀22的实际物理位置相关联的算法，如本文将更详细地描述。

存储器30在一些情况下可以是阀控制器26的一部分，可被配置成记录与感测的压力、感测的压差、感测的温度和/或其他量度相关的数据。阀控制器26可访问该数据，并且在一些情况下，将数据和/或数据的分析传送(例如，通过有线或无线通信链路)到其他系统(例如，系统级或中央建筑控制)。存储器30和/或其他存储器可被编程和/或开发成包含软件，以实现本文所述配置中的一者或多者。

图4是例示性阀控制器26的示意性框图。例示性阀控制器26包括处理器或控制器36。阀控制器26可适于或被配置成根据控制或至少部分地控制阀组件10的部分的算法操作。阀控制器26可包括存储块30，该存储块可被认为是电连接至处理器36。存储块30可用于存储任何所需的信息，诸如上述控制算法、阀位置、设定点、A/F比率相对于燃烧器负载曲线的关系等。处理器36可将信息存储在存储块30内，并且随后可检索所存储的信息。存储块30可以是任何合适类型的存储设备，诸如RAM、ROM、EPROM、闪存驱动器、硬盘驱动器等。

在许多情况下，阀控制器26可包括输入/输出块(I/O块)32，该输入/输出块具有用于从阀组件10和/或燃烧器具接收一条或多条电线的多个接线端子。另外，虽然术语I/O可暗示输入和输出两者，但其旨在包括仅输入、仅输出以及输入和输出两者。I/O块32可用于向阀组件10和/或燃烧器具和/或从阀组件10和/或燃烧器具传送一个或多个信号。阀控制器26可具有用于接受来自阀组件10和/或燃烧器具的连接的任何数量的接线端子。在特定安装处实际使用多少接线端子和哪些接线端子将取决于阀组件10和/或燃烧器具的特定配置。

在一些情况下，如所例示的，阀控制器26可包括通信或数据端口34。通信端口34可被配置成与处理器36通信，并且如果需要，可用于将信息上载到处理器36，从处理器36下载信息，向处理器36提供命令，从处理器36发送命令，和/或执行任何其他合适的任务。通信端口34可以是无线端口，诸如Bluetooth^TM端口或任何其他无线协议。在一些情况下，通信端口34可以是有线端口，诸如串行端口、并行端口、CAT5端口、USB(通用串行总线)端口等。在一些情况下，通信端口34可为USB端口并且可用于从USB闪存驱动器下载和/或上载信息。根据需要，也可采用其他存储设备。在一些情况下，单独的设备40可与阀控制器26的处理器36通信以有利于校准规程。

如上所述，阀控制器26可与外部设备40有线或无线通信。外部设备40可以是与阀组件10分开的计算设备。例如，外部设备40可以是系统级控制器、中央建筑控制器或燃烧器具控制器。在一些情况下，外部设备40可以不是阀组件10或燃烧器具的一部分。例如，根据需要，外部设备40可以是个人计算机、平板电脑、智能电话、膝上型计算机或其他计算机。在一些情况下，外部设备40可以是与安装者或技术人员一起移动的便携式设备。

外部设备40可适于或被配置成帮助调试阀组件10，校准控制阀位置，和/或使用调试向导或软件程序为特定阀组件10和燃烧器具设置生成A/F曲线以有利于阀组件10的调试。外部设备40可包括处理器和连接至处理器42的存储块44。存储块44可用于存储任何所需的信息，例如上述调试向导、软件程序等。处理器42可将信息存储在存储块44内，并且随后可检索所存储的信息。存储块44可以是任何合适类型的存储设备，诸如RAM、ROM、EPROM、闪存驱动器、硬盘驱动器等。

在一些情况下，如所例示的，外部设备40可包括通信或数据端口46。通信端口46可被配置成与处理器42通信，并且如果需要，可用于将信息上载到处理器42，从处理器42下载信息，向处理器36提供命令，从处理器36发送命令，和/或执行任何其他合适的任务。通信端口46可以是无线端口，诸如Bluetooth^TM端口或任何其他无线协议。在一些情况下，通信端口46可以是有线端口，诸如串行端口、并行端口、CAT5端口、USB(通用串行总线)端口等。在一些情况下，通信端口46可为USB端口并且可用于从USB闪存驱动器下载和/或上载信息。根据需要，也可采用其他存储设备。在一些情况下，外部设备40可与阀控制器26的处理器36通信以有利于校准规程。

外部设备40还可包括显示器48。显示器48可为个人计算机、平板电脑、智能电话、膝上型计算机的一部分，或者可包括独立显示器。在一些情况下，外部设备40可包括用于接收来自用户的用户输入的用户输入端50。例如，用户输入端可包括键盘、鼠标、可致动按钮或触摸屏显示器。这些只是示例。

在一些情况下，阀控制器26可包括步进马达94或其他设备或与它们连通，以将控制阀22定位在相对于阀端口20中的阀座的命令位置。步进马达94可与阀控制器26的处理器36通信，并且处理器36可被配置成控制、监测和/或记录控制阀22在阀端口20内的位置(例如，轴向位置、径向位置等)。在一些情况下，阀控制器26可保持位置计数器，该位置计数器表示控制阀22远离阀座的步进马达94的马达步长数。在一些情况下，当控制阀22抵靠阀座时，位置计数器具有为零的值，阀端口20完全关闭。当阀处于完全打开的端部止挡件处时，位置计数器可具有值“X”(例如，842)，并且位置计数器可在完全关闭位置和完全打开位置之间的中间位置处具有值“X/2”(例如，421)。处理器36可被配置成基于位置计数器值监测和记录控制阀22的位置。在一些情况下，处理器36可随着步进马达94的每个步长使位置计数器递增/递减，以跟踪控制阀22的实际位置。

在一些情况下，可提供阀致动器106。阀致动器106可被配置成在特定位置(诸如完全关闭位置)实现控制阀22的锁定(例如，阀致动器106关闭)或解锁(例如，阀致动器106打开)。

在一些情况下，步进马达94和位置计数器可用于不时地校准控制阀22的位置和/或验证控制阀22的位置。图5A示出了在第一端部止挡件(例如，完全关闭位置)处的控制阀22的高度示意图，并且图5B示出了在第二端部止挡件(例如，完全打开位置)处的控制阀22的高度示意图。虽然附图被描述为具有对应于完全关闭位置的第一端部止挡件和对应于完全打开位置的第二端部止挡件，但也设想了反向构型。步进马达94可由马达控制器100控制，该马达控制器可以是阀控制器26的一部分或根据需要与阀控制器26连通的单独控制器。在一些情况下，步进马达94可为可逆罐堆叠步进马达，但这不是必需的。步进马达94可以可操作地联接到传动系102(或其他输出端)，该传动系继而可以可操作地联接到控制阀22并且被配置成将控制阀22移动到指定位置。传动系可包括例如一个或多个齿轮等。例如，如果提供了阀致动器106并且其具有解锁控制阀22，则步进马达94可被配置成以阶梯状方式移动，以根据阀控制程序的需要将控制阀22定位在完全关闭位置和完全打开位置之间的任何所需位置处(例如，30％打开、50％打开或75％打开)。这可允许阀组件10调节气体的流量。

在一些情况下，由步进马达94产生的反电动势(BEMF)104可用于确定步进马达94何时撞击第一端部止挡件(例如，完全关闭位置)和第二端部止挡件(例如，完全打开位置)。测量或监测BEMF 104可允许阀控制器26检测马达停转和/或接触点或端部止挡件。在位置计数器值方面知道端部止挡件可允许阀控制器26理解控制阀22沿控制阀22的运动范围的位置。在一些情况下，步进马达94在完全打开位置被驱动至端部止挡件，如通过反电动势(BEMF)104的下降所检测到的。然后，步进马达94可在完全关闭位置被驱动至相反端部止挡件，如通过反电动势(BEMF)104的下降所检测到的，同时对在端部止挡件之间移动所需的马达步长数进行计数。然后可将所计数的马达步长数与参考值进行比较，参考值可表示在制造气阀组件10期间在工厂确定的马达步长的校准数量。马达步长的校准数量可取决于特定气阀组件10的公差，因此参考值对于特定气阀组件10可以是唯一的。如果控制阀22应当被卡在中间位置，或如果传动系102或其他部件应当被磨损，则所计数的马达步长数可能与参考值不匹配。如果所计数的马达步长数与参考值不匹配，则阀控制器26可进入锁定模式，并且可将控制阀22保持在对应于完全关闭位置的端部止挡件处。如果所计数的马达步长数与参考值确实匹配，则阀控制器26可重置位置计数器，该位置计数器用控制阀22的实际物理位置重新校准位置计数器。当所计数的马达步长数等于参考值时，所计数的马达步长数可被视为与参考值“匹配”。在一些情况下，当所计数的马达步长数在参考值的阈值或误差容限内时，所计数的马达步长数可被视为与参考值“匹配”。

可设想的是，这种重新校准可在安装期间或每当气阀组件10的阀控制器26进入校准模式时发生。可设想的是，气阀组件10可被配置成在每次气阀组件10上电时、在每个燃烧器循环的开始或结束时、以周期性间隔(例如，每天、每周、每月)、当其他诊断指示控制阀22的定位的可能错误时和/或在任何其他合适的时间进入校准模式。

图5A示出了抵靠第一端部止挡件的控制阀22，其中控制阀22处于完全关闭位置。当步进马达94将控制阀22驱动至该位置(例如，从更打开的位置)时，一旦接触第一端部止挡件，步进马达94就可停转，因为在关闭方向上不可能进行进一步的移动。图5B示出了抵靠第二端部止挡件的控制阀22，其中控制阀22处于完全打开位置。当步进马达94将控制阀22驱动至该位置(例如，从更关闭的位置)时，一旦接触第二端部止挡件，步进马达94就可停转，因为在打开方向上不可能进行进一步的移动。阀控制器26可被配置成检测当步进马达94停转时在马达绕组中感应的BEMF 104与当步进马达94自由运行时在马达绕组中感应的BEMF 104的差异。BEMF 104的这种差异可用于检测控制阀22何时到达端部止挡件。虽然BEMF 104的使用是用于检测控制阀22的端部止挡件位置的一种方法，但预期可使用任何合适的技术，包括例如检测到达步进马达的驱动电流的增加、使用霍尔传感器来检测步进马达的旋转、使用端部止挡传感器、和/或任何其他合适的技术。

图6为用于不时校准控制阀22位置的方法200的例示性流程图。首先，可在阀控制器26内启动校准模式，如步骤202所示。可设想的是，阀控制器26可被配置成响应于预定事件而自动启动校准模式。例如，阀控制器26可被配置成在气阀组件上电时启动校准模式。当气阀组件10被配置成向在燃烧器循环中操作的燃烧器供应气体时，阀控制器26可被配置成在燃烧器循环开始时和/或在燃烧器循环结束时自动启动校准模式。在一些情况下，可针对每个燃烧器循环启动校准模式，但这不是必需的。在其他情况下，可基于例如燃烧器循环数或时间长度(例如，每小时、每天、每周等)以预定计划表启动校准模式。另选地或除此之外，校准模式可由安装者或技术人员使用例如外部设备40或阀控制器26的用户界面手动启动。一旦处于校准模式，阀控制器26可执行校准以验证控制阀22的物理位置与阀控制器26预期的位置匹配。

在一些情况下，一旦已启动校准模式，阀控制器26就可经由步进马达94将控制阀22移动到完全打开位置，使得控制阀22被移动到或以其他方式接触第二端部止挡件，如步骤204所示。在一些情况下，当控制阀接近并随后接合第二端部止挡件时，步进马达94可以增强的电流电平被驱动几个步长(例如，在10至20个步长的范围内)。这可有助于确保控制阀22完全到达第二端部止挡件。在一些情况下，第二端部止挡件可通过BEMF104的变化、来自步进马达94的较高感测电流消耗和/或以任何其他合适的方式来检测。

在其他实施方案中，一旦已启动校准模式，就可将电流电平降低到正常操作模式下使用的电流电平的70％-90％或大约80％的范围内。减小电流电平可抑制或限制当接触端部止挡件时马达电枢的反弹。例如，当在正常操作模式的电流下操作时，马达电枢可跳回或反弹到比较低的电流电平更大的程度，这可不利地影响端部止挡件检测的精度。

一旦步进马达94处于第二端部止挡件处，阀控制器26就可将马达94的步长计数和/或控制阀22位置设定为零。一旦检测到第二端部止挡件，就可增加电流电平(例如，在正常操作水平的至多120％的范围内)。然后，阀控制器26可经由步进马达94将控制阀22朝向完全关闭位置移动几个步长(例如，至多约30个步长)。增加前几个步长的电流电平可降低阀传动系卡在第二端部止挡件处的可能性。在电流电平增加的前几个步长之后，电流电平可降低回到70-90％或大约80％的范围内，并且控制阀22经由步进马达94移动到完全关闭位置，使得控制阀22移动到或以其他方式接触第一端部止挡件，同时对马达步长数进行计数，如步骤206所示。在一些情况下，阀控制器26可被配置成使控制阀22移动完整阀行程加上预定的间隙裕度。预定的间隙裕度可考虑与气阀组件10相关联的特定制造公差。例如，间隙裕度可考虑阀体12、阀杆92、步进马达输出、传动系102等内的公差。在一些情况下，当控制阀22接近并随后接合第一端部止挡件时，步进马达94可在增大的电流电平下以几个步长(例如，在10至20个步长的范围内)被驱动。这可有助于确保控制阀22完全到达第一端部止挡件。在一些情况下，第一端部止挡件可通过BEMF 104的变化、来自步进马达94的较高感测电流消耗和/或以任何其他合适的方式来检测。

在一些实施方案中，可通过电流上升时间的变化来检测端部止挡件。例如，电流流动方向周期性地改变，或者在步进马达的两个马达线圈中改变。步进马达电枢(例如，转子)可被迫在每次电流流动方向变化时进行一个步长。可设想的是，步进马达驱动器可将流过线圈的电流限制为加或减I_M的值。I_M的负值可指示沿相反方向的电流流动。电流方向变化与电流在I_M值下的沉降电流之间的上升时间由马达线圈的电感和电阻以及BEMF值给出。当马达电枢旋转时，感应的BEMF抵抗电流变化而起作用，并且结果是瞬态曲线的较长上升时间T_R。当马达撞击端部止挡件时，电枢被截断并且感应不出BEMF，因此当已到达端部止挡件时，上升时间T_R较短。上升时间的测量可在电流方向改变时开始，并且其可在电流达到为I_M值的约90％的阈值I_TR时停止。因此，当T_R下降到某个限值以下时，阀控制器26检测到已经达到端部止挡件。

然后，阀控制器26可将所计数的步长数与存储在阀控制器26的存储器30内的参考值进行比较，如步骤208所示。参考值可表示在气阀组件10的制造期间在工厂确定的经校准的马达步长数。马达步长的校准数量可取决于特定气阀组件10的公差，因此参考值对于特定气阀组件10可以是唯一的。如果控制阀22应当被卡在中间位置，或如果传动系102或其他部件应当被磨损，则所计数的马达步长数可能与参考值不匹配。

如果所计数的步长数与参考值匹配，则阀控制器26可将其内部位置计数器设置为0(或一些其他初始值)，如步骤210所示。可设想的是，当所计数的马达步长数等于参考值时，所计数的马达步长数可被视为与参考值“匹配”。在一些情况下，当所计数的马达步长数在参考值的阈值或误差容限内时，所计数的马达步长数可被视为与参考值“匹配”。

在一些情况下，当在燃烧器循环开始时执行校准时，然后阀控制器26可将控制阀22驱动到点火位置以准备好用于即将到来的燃烧器循环。在一些情况下，点火位置可以是第一端部止挡件和第二端部止挡件之间的预定位置。可设想的是，为了将控制阀22定位在预定位置，阀控制器26可被配置成通过对步进马达94进行步进并递增位置计数器直到位置计数器达到预定“点火”值来移动控制阀22。

如果所计数的步长数与参考值不匹配，则阀控制器26可进入锁定模式，如步骤212所示。锁定模式可被配置成防止阀组件10向燃烧器供应气体。可设想的是，阀组件10可保持锁定模式，直到技术人员可检查气阀组件10并清除错误。在一些情况下，阀组件10可被配置成提供关于错误的警报。警报可以是视觉警报，诸如但不限于照明的LED灯、显示屏上显示的字母数字或其他错误消息、以有线或无线方式传输到外部设备(例如膝上型电脑、移动电话、辅助控制系统)的字母数字或其他错误消息。在另一个示例中，阀组件10可被配置成发出可听警报，诸如蜂鸣声或哔声。这些只是一些示例。可设想的是，锁定模式可以任何合适的方式中继给用户或技术人员。

图7为用于不时校准控制阀22位置的方法400的另一个例示性流程图。首先，可在阀控制器26内启动校准模式，如步骤402所示。可设想的是，阀控制器26可被配置成响应于预定事件而自动启动校准模式。例如，阀控制器26可被配置成在气阀组件上电时启动校准模式。另选地或除此之外，当气阀组件10被配置成向在燃烧器循环中操作的燃烧器供应气体时，阀控制器26可被配置成在燃烧器循环开始时和/或在燃烧器循环结束时自动启动校准模式。在一些情况下，可针对每个燃烧器循环启动校准模式，但这不是必需的。在其他情况下，可基于例如燃烧器循环数或时间长度(例如，每小时、每天、每周等)以预定计划表启动校准模式。另选地或除此之外，校准模式可由安装者或技术人员使用例如外部设备40或阀控制器26的用户界面手动启动。一旦处于校准模式，阀控制器26可执行校准以验证控制阀22的物理位置与阀控制器26预期的位置匹配。

在一些情况下，一旦已启动校准模式，阀控制器26就可经由步进马达94将控制阀22移动到完全关闭位置，使得控制阀22被移动到或以其他方式接触第一端部止挡件，同时对马达步长进行计数以确定第一步长值，如步骤404所示。虽然使用第一端部止挡件作为起始点的控制阀描述了例示性方法，但应当理解，也可使用其中第二端部止挡件为起始点的反向构型。可设想的是，阀控制器26可使用任何合适的技术(包括本文所述的任何技术)确定控制阀22处于端部止挡件处。此外，可设想的是，阀控制器26可使用任何合适的技术(包括本文所述的任何技术)来控制控制阀22的移动。在一些情况下，当控制阀接近并随后接合第二端部止挡件时，步进马达94可以增强的电流电平被驱动几个步长(例如，在10至20个步长的范围内)。这可有助于确保控制阀22完全到达第一端部止挡件。在一些情况下，第一端部止挡件可通过BEMF 104的变化、来自步进马达94的较高感测电流消耗和/或以任何其他合适的方式来检测。

在其他实施方案中，一旦已启动校准模式，就可将电流电平降低到正常操作模式下使用的电流电平的70％-90％或大约80％的范围内。减小电流电平可抑制或限制当接触端部止挡件时马达电枢的反弹。例如，当在正常操作模式的电流下操作时，马达电枢可跳回或反弹到比较低的电流电平更大的程度，这可不利地影响端部止挡件检测的精度。

一旦步进马达94处于第一端部止挡件处，阀控制器26就可将马达94的步长计数和/或控制阀22位置设定为零。在一些情况下，一旦检测到第一端部止挡件，就可增加电流电平(例如，在正常操作电平的至多120％的范围内)。然后，阀控制器26可经由步进马达94对于前几个步长(例如，最多约30个步长)将控制阀22朝向完全打开位置移动预先确定数量的步长，如步骤406所示。在一些情况下，预定数量的步长可在100-150个步长的范围内，但这不是必需的。对于前几个步长增加电流电平可降低阀传动系保持卡在第一端部止挡件处的可能性。在增加的电流电平的前几个步长之后，电流电平可降低回到70-90％或大约80％的范围内，并且控制阀22可经由步进马达94朝向完全打开位置或第二端部止挡件移动，直到控制阀22已移动预定数量的步长。然后，阀控制器26可经由步进马达94将控制阀22驱动回到第一端部止挡件，同时对步长进行计数以确定第二步长值，如步骤408所示。然后可将第一步长值和第二步长值与存储在阀控制器26的存储器30内的参考值进行比较，如步骤410所示。然后，阀控制器26可确定第一步长值或第二步长值中的至少一个是否在允许极限内，如步骤412所示。根据需要，第一步长值和第二步长值的允许限值可相同或不同。可设想的是，第一步长值的允许限值可取决于在校准模式启动时控制阀22的起始位置。如果步长值“匹配”或等于参考值，则第一步长值和第二步长值可被视为在允许极限内。在一些情况下，当所计数的马达步长数(例如，第一步长值或第二步长值)在对应参考值的阈值或误差容限内时，所计数的马达步长数(例如，第一步长值或第二步长值)可被认为与对应参考值的允许限值“匹配”或在对应参考值的允许限值内。

如果第一步长值或第二步长值均不在允许限值内，则阀控制器26可进入锁定模式，如步骤414所示。锁定模式可被配置成防止阀组件10向燃烧器供应气体。可设想的是，阀组件10可保持锁定模式，直到技术人员可检查气阀组件10并清除错误。在一些情况下，阀组件10可被配置成提供关于错误的警报。警报可以是视觉警报，诸如但不限于照明的LED灯、显示屏上显示的字母数字或其他错误消息、以有线或无线方式传输到外部设备(例如膝上型电脑、移动电话、辅助控制系统)的字母数字或其他错误消息。在另一个示例中，阀组件10可被配置成发出可听警报，诸如蜂鸣声或哔声。这些只是一些示例。可设想的是，锁定模式可以任何合适的方式中继给用户或技术人员。

如果第一步长值或第二步长值中的至少一个在允许限值内，则阀控制器26然后可确定两个值或仅一个值是否在允许限值内，如步骤416所示。如果这两个值均在允许限度内，则控制阀22的物理位置被视为匹配预期位置，并且阀控制器26可将控制阀22经由步进马达94移动到第二端部止挡件或其他位置，以准备使用控制阀22，如步骤418所示。

如果第一步长值或第二步长值中的仅一者在允许限度内，则阀控制器26可再次经由步进马达94朝向完全打开位置驱动控制阀22预定数量的步长，如步骤420所示。在一些情况下，预定数量的步长可在100-150个步长的范围内，但这不是必需的。然后，阀控制器26可经由步进马达94将控制阀22驱动回到第一端部止挡件，同时对步长进行计数以确定第三步长值，如步骤422所示。

然后，阀控制器26可将所计数的步长数(例如，第一步长值、第二步长值和第三步长值)与存储在阀控制器26的存储器30内的参考值进行比较，如步骤424所示。然后，阀控制器26可确定第一步长值、第二步长值或第三步长值中的至少两个是否在允许极限内，如步骤426所示。根据需要，第一步长值、第二步长值和第三步长值的允许限值可相同或不同。可设想的是，第一步长值的允许限值可取决于在校准模式启动时控制阀22的起始位置。如果步长值“匹配”或等于参考值，则第一步长值、第二步长值和第三步长值可被视为在允许极限内。在一些情况下，当所计数的马达步长数(例如，第一步长值、第二步长值或第三步长值)在对应参考值的阈值或误差容限内时，所计数的马达步长数(例如，第一步长值或第二步长值)可被认为与对应参考值的允许限值“匹配”或在对应参考值的允许限值内。

如果第一步长值、第二步长值或第三步长值中的仅一者在允许限值内，则阀控制器26可进入锁定模式，如步骤428所示。锁定模式可被配置成防止阀组件10向燃烧器供应气体。可设想的是，阀组件10可保持锁定模式，直到技术人员可检查气阀组件10并清除错误。在一些情况下，阀组件10可被配置成提供关于错误的警报。警报可以是视觉警报，诸如但不限于照明的LED灯、显示屏上显示的字母数字或其他错误消息、以有线或无线方式传输到外部设备(例如膝上型电脑、移动电话、辅助控制系统)的字母数字或其他错误消息。在另一个示例中，阀组件10可被配置成发出可听警报，诸如蜂鸣声或哔声。这些只是一些示例。可设想的是，锁定模式可以任何合适的方式中继给用户或技术人员。

如果这三个值中的两个均在允许限度内，则控制阀22的物理位置被视为匹配预期位置，并且阀控制器26可将控制阀22经由步进马达94移动到第二端部止挡件或其他位置，以准备使用控制阀22，如步骤418所示。

在一些情况下，参考值可表示在气阀组件10的制造期间在工厂确定的经校准的马达步长数。马达步长的校准数量可取决于特定气阀组件10的公差，因此参考值对于特定气阀组件10可以是唯一的。如果控制阀22应当被卡在中间位置，或如果传动系102或其他部件应当被磨损，则所计数的马达步长数可能与参考值不匹配。

在一些情况下，当在燃烧器循环开始时执行校准时，然后在步骤418，阀控制器26可将控制阀22驱动到点火位置以准备好用于即将到来的燃烧器循环。在一些情况下，点火位置可以是第一端部止挡件和第二端部止挡件之间的预定位置。可设想的是，为了将控制阀22定位在预定位置，阀控制器26可被配置成通过对步进马达94进行步进并递增位置计数器直到位置计数器达到预定“点火”值来移动控制阀22。

应当理解，本公开在许多方面仅为例示性的。在不超出本公开的范围的情况下，上述各种单独的元件可以它们的任何组合布置或配置。在不超出本公开的范围的情况下，可对细节(尤其是与形状、尺寸和步骤的布置有关的细节)进行改变。当然，本公开的范围以表达所附权利要求书的语言来限定。

Claims (13)

1.一种用于校准气阀组件内的控制阀的位置的方法，所述方法包括：

在所述气阀组件的控制器中启动校准模式；

一旦处于所述校准模式，所述控制器被配置成：

将所述控制阀移动到第二端部止挡件；

将所述控制阀从所述第二端部止挡件移动到第一端部止挡件，同时对由驱动所述控制阀的步进马达行进的步长数进行计数；

将从所述第二端部止挡件行进到所述第一端部止挡件的所述计数的步长数与存储在所述控制器的存储器中的参考值进行比较；

其中当所述计数的步长数与所述参考值匹配时，所述控制器将位置计数器重置为初始值；

其中当所述计数的步长数与所述参考值不匹配时，所述控制器进入锁定模式并将所述控制阀保持在所述第一端部止挡件处；以及

其中将所述控制阀从所述第二端部止挡件移动到所述第一端部止挡件包括使所述控制阀移动所述控制阀的完整阀行程加上预定间隙裕度，其中所述预定间隙裕度考虑到与所述气阀组件相关联的特定公差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

当所述控制阀位于所述第一端部止挡件处时，所述控制阀处于完全关闭位置；并且

当所述控制阀位于所述第二端部止挡件处时，所述控制阀处于完全打开位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中当将所述控制阀从所述第二端部止挡件移动到所述第一端部止挡件时，所述控制器被配置成在以端部止挡件检测模式操作所述步进马达之前，以较高电流模式初始操作所述步进马达预定数量的马达步长，由此通过从所述步进马达感测到的较高电流消耗来检测到达所述第一端部止挡件的所述控制阀。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述气阀组件还包括从所述步进马达到所述控制阀的传动系，并且其中所述预定间隙裕度考虑到与所述传动系相关联的特定公差。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制器被配置成在所述气阀组件上电时启动所述校准模式。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述气阀组件被配置成向在燃烧器循环中操作的燃烧器供应气体，其中所述控制器被配置成在燃烧器循环结束时启动所述校准模式。

7.根据权利要求6所述的方法，其中当所述计数的步长数与所述参考值匹配时，所述控制器在通过对所述步进马达进行步进同时递增所述位置计数器直到所述位置计数器达到预定值，将所述控制阀移动到所述第二端部止挡件和所述第一端部止挡件之间的预定位置之前，将所述位置计数器重置为所述初始值。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定位置对应于所述燃烧器的点火位置。

9.一种用于控制到燃烧器具的燃料流的气阀组件，所述气阀组件包括：

阀体，所述阀体具有入口端口和出口端口以及在所述入口端口和所述出口端口之间延伸的流体路径，所述阀体还包括位于所述入口端口和所述出口端口之间的所述流体路径中的控制阀；

传动系，所述传动系联接至所述控制阀；

步进马达，所述步进马达联接至所述传动系；

控制器，所述控制器相对于所述阀体固定并与所述步进马达连通，所述控制器被配置成命令所述步进马达经由所述传动系在完全打开位置、完全关闭位置和多个中间位置之间驱动所述控制阀；

其中所述控制器被配置成选择性地进入校准模式，并且一旦处于所述校准模式，所述控制器被配置成：

命令所述步进马达将所述控制阀驱动至所述完全打开位置；

一旦所述控制阀处于所述完全打开位置，命令所述步进马达将所述控制阀从所述完全打开位置驱动至所述完全关闭位置，同时对所述步进马达行进的步长数进行计数；

将所述步进马达行进的所述计数的步长数与存储在所述控制器的存储器中的参考值进行比较；并且

其中当所述计数的步长数与所述参考值不匹配时，所述控制器被配置成进入锁定模式并将所述控制阀保持在所述完全关闭位置，以及

其中将所述控制阀从所述完全打开位置移动到所述完全关闭位置包括将所述控制阀移动完整行程加上预定间隙裕度，其中所述预定间隙裕度考虑到与所述气阀组件和/或所述传动系相关联的特定公差。

10.根据权利要求9所述的气阀组件，其中所述控制器被配置成在所述气阀组件上电时启动所述校准模式。

11.根据权利要求9所述的气阀组件，其中所述燃烧器具包括在燃烧器循环中操作的燃烧器，其中所述控制器被配置成在燃烧器循环结束时启动所述校准模式。

12.根据权利要求11所述的气阀组件，其中当所述计数的步长数与所述参考值匹配时，所述控制器被配置成在通过对所述步进马达进行步进同时递增所述位置计数器直到所述位置计数器达到预定值，命令所述控制阀到达对应于所述燃烧器在所述完全关闭位置和所述完全打开位置之间的点火位置的预定位置之前，将所述位置计数器重置为初始值。

13.根据权利要求9所述的气阀组件，其中当将所述控制阀从所述完全打开位置移动到所述完全关闭位置时，所述控制器被配置成在以端部止挡件检测模式操作所述步进马达之前，以较高电流模式初始操作所述步进马达预定数量的马达步长，由此通过从所述步进马达感测到的较高电流消耗来检测到达所述完全关闭位置的所述控制阀。